机械工程材料第六章.ppt

第6章 金属的塑性变形及再结晶 塑性变形 塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能有显著的影响。了解塑性变形的本质,塑性变形及加热时组织的变化，有助于发挥金属的性能潜力，正确确定加工工艺。 第一节 金属的塑性变形 一、单晶体金属的塑性变形 单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。 方式：滑移和孪生 （一）滑移 （1）滑移带和滑移线 试样预经抛光而后变形，再到显微镜下去观察时，则可在试样的表面上看到一条条的变形痕迹，这些变形痕迹叫“滑移带”。在电子显微镜下观察，发现任一条滑移带是由许多条反映着这种台阶的“滑移线”所组成。 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生距离为原子间距整数倍的位移的现象。发生滑移后滑移面两侧的晶体位向保持不变。 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力. （2）滑移系 沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。 因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。 （3）滑移时晶体的转动 转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。 切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动 （4）滑移的机理 把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大3～4个数量级。滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。 刃位错的运动 （二）孪生 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 发生切变的部分称孪生带或孪晶带，沿其发生孪生的晶面称孪生面。 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。 与滑移的主要区别： 孪生使部分晶体发生均匀切应变； 孪生使晶格位向发生改变； 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速； 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。 二、多晶体金属的塑性变形 （一）特点 单个晶粒变形与单晶体相似，每个晶粒的塑性变形仍以滑移或孪生方式进行 由于晶界的存在，晶粒间位向的差异，以及变形过程中晶粒之间的互相牵制多晶体变形比单晶体复杂。 （二）晶界及晶粒位向差的影响 晶界的影响 晶界处的原于是杂乱的，晶格严重畸变，加之杂质原子比较集中(增大了晶格畸变)，因而使该处滑移时位错运动的阻力(即塑性变形抗力)增大，难以发生变形。当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进行, 则必须增加外力, 从而使金属的变形抗力提高。 晶界对塑性变形的影响 晶粒位向的影响 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于45°的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒，当有大量晶粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。 （三）晶粒大小对金属力学性能的影响 金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。 因为金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。 金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。 因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。强度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗的功也大，因而其韧性也比较好。 第二节 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 一、冷塑性变形对性能的影响 加工硬化：随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。 除力学性能外，金属的某些物理、化学性能在冷加工塑性变形以后也会发生变化。例如，金属的电阻增加，导磁性和耐蚀性降低等。 冷塑性变形与性能关系 加工硬化在金属加工中的作用 金属的加工硬化在生产中是强化金属的重要手段。特别是热处理无法强化的金属材料，如纯金属、某些铜合金和镍铬不锈钢等； 加工硬化由于塑性的降低，可能给金属材料进